纳米陶瓷涂层的典型应用领域

纳米陶瓷涂层的一些典型应用领域:

飞机发动机、燃气轮机零部件：

热障涂层（TBC）被广泛地应用在飞机发动机、涡轮机和汽轮机叶片上，保护高温合金基体免受高温氧化、腐蚀，起到隔热、提高发动机进口温度和发动机推重比作用的一种陶瓷涂层材料。8YSZ材料被用做热障涂层材料在军用发动机已应用几十年了，它的缺点是不能突破1200o C的使用温度，但现在军用发动机的使用温度已经超过1200o C，因此急需材料方面的突破。另外，地面燃气轮机的热障涂层材料基本受制于国外，也亟待国产化。国内外研究指出含锆酸盐的双陶瓷热障涂层被认为是未来发展长期使用温度高于1200o C的最有前景的涂层结构之一。用纳米结构锆酸盐粉体喂料制备的纳米结构双陶瓷型n-LZ/8YSZ热障涂层的隔热效果明显好于其它现有涂层，与相同厚度的传统微米结构单陶瓷型8YSZ 热障涂层相比，隔热效果提高了70%。而且，纳米结构的双陶瓷型涂层具有比其它两种涂层层更好的热震性能。

军舰船舶零部件：

纳米结构的热喷涂陶瓷涂层早已广泛应用于美国海军装备(包括军舰、潜艇、扫雷艇和航空母舰)上的数百种零部件。纳米结构陶瓷涂层的强度、韧性、耐磨性、耐蚀性、热震抗力等均比目前国内外商用陶瓷涂层材料中质量好、销量大的美科130涂层的性能显著提高。有着高出1倍的韧性，高出4-8倍的耐磨性，高出1-2倍的结合强度和抗热震性能和高出约10倍的疲劳性能。表1给出了纳米结构的热喷涂陶瓷涂层在美国海军舰船上的一些典型应用。

表1 一些美国海军舰船上应用的热喷涂纳米Al2O3/TiO2陶瓷涂层

零部件船上系统基体材料使用环境

水泵轴储水槽NiCu合金盐水

阀杆主柱塞阀不锈钢蒸汽

轴主加速器碳钢盐水

涡轮转子辅助蒸汽碳钢油

端轴主推进发动机青铜盐水

阀杆主馈泵控制不锈钢蒸汽

膨胀接头弹射蒸汽装置CuNi合金蒸汽

支杆潜艇舱门不锈钢盐水

流量泵燃料油碳钢燃料油

柴油机、工程机械零部件:

高性能纳米结构陶瓷涂层可以大幅度提高材料或零部件的硬度、韧性、耐磨性、抗腐蚀性和耐高温性能，因此可广泛应用于柴油发动机、工程机械等领域。如缸体、泵轴、机轴、曲轴、凸轮轴、轴瓦、连杆瓦、柱塞、阀杆、阀座、液压支杆、缸盖、活塞销、活塞和活塞环等零部件。如：纳米陶瓷涂层来大幅度提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性；纳米陶瓷涂层用于活塞无疑会是最具有高性价比的工艺技术；纳米陶瓷涂层将给与主轴瓦及连杆瓦以更高的强度、硬度和韧性，显著提高其耐磨性能，极大地减小曲轴的磨损、有效地防止烧瓦、抱瓦及烧曲轴；纳米陶瓷涂层技术应该是目前用于活塞环的最佳表面改性技术。

汽车零部件：

每辆汽车有几十个零部件可以采用耐磨耐蚀的喷涂层，如曲轴、顶杆、阀杆、阀座、齿轮箱齿轮轴颈、活塞、柱塞等。高性能纳米结构陶瓷涂层无疑是解决这些零部件磨损和腐蚀问题的首选技术。

盾构机零部件：

盾构机被业界喻为地下航母，是挖掘地铁隧道、公路隧道、引水隧洞等工程的利器。按照50年的地下施工高峰期计算，我国盾构机市场的订单将高达上千亿元。然而，这种巨大、精密而复杂的工业产品一向是我国制造业的软肋。由于技术落后，盾构机的主轴和液压件这类关键部件耐磨抗蚀性能差，使用寿命低。

目前国内生产的所有盾构机关键总成和零部件都只能依赖进口，亟需国产化。这就是为何当地铁建设狂潮正席卷中国大陆之时，作为关键施工设备的盾构机却因关键零部件受制于人而使国产盾构机行业难以摆脱窘境的原因。而针对盾构机的主轴和液压件这类关键部件耐磨抗蚀性能差，使用寿命低的问题，也许只有采用成熟的纳米结构涂层技术才能使我国盾构机关键件的制造走出困境。

高端轴承：

中国是全球第一轴承生产大国，但风电、高铁、轿车、精密机床等高端装备用轴承却是短板。如中国高铁每年产值数千亿，但高铁轴承却一直依赖进口，时速160公里以上客车用轴承全部靠进口。而纳米陶瓷涂层无疑是提高高端装备用轴承性能的最简易有效的途径。如将纳米陶瓷涂层制备于轴承套圈滚道上就可形成陶瓷轴承，尤其是大中型陶瓷轴承。如将纳米陶瓷涂层涂覆在轴承套圈外侧，就可成为耐磨绝缘轴承。

阀门:

目前我国企业生产的各种阀门寿命短、不可靠，部分产品只相当于上世纪80年代初的国际水平，一些高温高压和关键装置上需要的阀门仍然依赖进口。如在冶金工业中，煤粉调节阀使用工况恶劣，对核心零件（阀瓣，左、右阀座等）性能要求极其严格，国内煤粉调节阀市场完全被国外产品所垄断。而通过纳米结构陶瓷涂层在阀门核心零件上进行应用，有利于国内阀门市场的国产化。

液压缸活塞杆：

液压缸活塞杆是液压缸的重要部件，为了提高耐磨抗蚀性能，目前国内传统工艺是表面镀硬铬。由于镀铬对人和环境污染严重，属国家环保限制项目，且镀层不均匀，孔隙率高，容易起皮，镀铬费用也比较高，不能满足生产上的需要，因此采用合适的涂层或镀层取代镀铬一直是机械装备行业的重要课题。特别是舰船舷外液压缸活塞杆工作在－30o C~65o C温度范围内的潮湿海洋大气或海水介质中，并承受一定的环境压力，要求较高的物理、化学和力学性能。目前广泛采用

的电镀硬铬层已不能满足对液压缸活塞杆的使用性能要求，常规的热喷涂涂层也难以满足这些性能要求，只有先进的纳米陶瓷涂层材料是液压缸活塞杆首选的涂层材料。

连铸结晶器：

我国钢产量约9亿吨，95%以上是连铸生产的，据统计，每生产20万吨钢板就要更换一个连铸结晶器。目前，国内连铸结晶器大多采用电镀硬铬层或合金镀层，也有一些是热喷涂合金层，而国外经过研究后已开始采用热喷涂普通陶瓷涂层。纳米陶瓷涂层无疑具有更大的应用优势。

冶金轧辊：

纳米结构陶瓷球形粉体可作为连铸机轧辊、炉底辊的高温耐磨涂层材料。不仅可作为冷轧机组工艺辊，还可作为连续退火机组炉辊，如在高温段，以CoNiCrAlY 为底层，ZrO2-Y2O3（或其他陶瓷材料）为面层。

3D打印：

作为一种增材制造技术,3D打印技术将深刻影响制造业的未来，成为未来新的经济增长点。可是，3D打印金属相对容易，3D打印高强度合金相对难些，3D 打印陶瓷相对更难些，3D打印纳米陶瓷可能更难。我公司生产的纳米结构球形微粒粉末不仅可用于传统的陶瓷制造技术，也适合于先进的3D打印技术。也就是说这种纳米结构球形微粒粉末能够作为3D打印的原材料，为3D打印纳米陶瓷材料制品提供了可能。